DE3633804C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine synthetische Zwei-Schwingkreis-Prüfschaltung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Hauptanwendungsbereich der Erfindung gehört die syntheti
sche Prüfung von Mittelspannungs-Leistungschaltern mit sehr
niedriger Lichtbogenspannung, wie sie besonders Vakuum-Lei
stungsschalter aufweisen.
Synthetische Prüfschaltungen mit den Merkmalen des Oberbe
griffs des Patentanspruchs 1 sind durch verschiedene Druck
schriften bekannt geworden. Eine synthetische Zwei-Schwing
kreis-Prüfschaltung mit Subtraktion der Ströme im Hilfsschal
ter und dementsprechend Reihenschaltung des Prüflings mit
dem Hochstrom- und Hochspannungs-Schwingkreis in der letzten
Prüfphase ist unter dem Titel: "Zwei-Schwingkreisschaltung
zur Prüfung des Ausschaltvermögens von Hochspannungs-Lei
stungsschaltern" in der Druckschrift "Elektritschestwo", Nr. 6,
1951, beschrieben.
Über eine synthetische Zwei-Schwingkreis-Prüfschaltung mit
Addition der Ströme im Prüfschalter und dementsprechend
Parallelschaltung von Hochstrom- und Hochspannungs-Schwing
kreis bezüglich dieses Schalters existiert eine Veröffentli
chung durch die Druckschrift:IEEE Transaction on Power Apparatus
and Systems, Vol PAS-104, No. 1, January 1985, Seiten 166/7.
Mit den vorstehend angeführten synthetischen Zwei-Schwing
kreis Prüfschaltungen lassen sich praktisch nur sinusförmige
Prüfströme erzeugen. Im Netzbetrieb kommen jedoch auch
asymmetrische Kurzschlußströme vor. Dabei ist dem symmetri
schen sinusförmigen Kurzschlußstrom in Abhängigkeit vom Kurz
schlußaugenblick relativ zur Netzspannung ein Gleichstromglied
überlagert; es klingt exponentiell mit einer Zeitkonstante
ab, die je nach Netzkonfiguration Werte von 25 bis etwa 120
ms annehmen kann. Für die Typprüfung von Hochspannungs-Lei
stungsschaltern ist gemäß VDE-Bestimmung VDE 0670, Teil
102/2.82 ein Wert von 45 ms genormt. Damit ergibt sich in Abhängigkeit von der Öff
nungszeit des zu prüfenden Schalters ein bestimmter Wert des Gleichstroms bei der Kontrakttrennung.
Eine zur Nullinie asymmetrisch verlagerte Sinus-Strom-Teil
schwingung läßt sich zwar in einem Schwingkreis behelfsmäßig
durch eine einhüllende Sinus-Strom-Halbschwingung mit entspre
chend vergrößerten Werten von Stromscheitel und Halbschwin
gungsdauer nachbilden, doch sind damit folgende Nachteile
verbunden:
- a) die vergrößerte sinusförmige Strom-Halbschwingung als Einhüllende ergibt mit der Lichtbogenspannung eine grö ßere Lichtbogenenergie; insbesondere aber geht dabei der Strom mit einer erheblich größeren Steilheit gegen Null; daraus resultiert eine erhebliche Überbeanspruchung des Prüflings,
- b) wenn der zu prüfende Schalter auf diese Überbeanspru chung mit einem Löschversagen reagiert, folgt eine zweite etwa gleich große symmetrische Strom-Halbschwin gung nach und der Prüfling kann durch diese weitere Überbeanspruchung endgültig versagen. Demgegenüber bewirkt im Hochspannungsnetz das Gleichstromglied, daß auf die große asymmetrische Strom-Halbschwingung eine kleine nachfolgt und dem Schalter die Kurzschlußstrom unterbrechung erleichtert.
In der zuletzt genannten Druckschrift ist ein Verfahren
beschrieben, durch Entladung eines an den Hochstromschwing
kreis anschaltbaren Kondensators einen durch einen ohmschen
Widerstand auf einen kleinen Wert begrenzten Strom gleich
bleibender Polarität als Lichtbogenstrom in der geöffneten
Schaltstrecke des zu prüfenden Schalters bis zum Einschalten
des Hochstromschwingkreises und Beginn des sinusförmigen
Stromes fließen zu lassen. Dieses Verfahren ist jedoch wegen
der unnatürlichen Lichtbogen-Vorbeanspruchung der Schaltstrecke
des Prüflings durch den Vorstrom prinzipiell nicht geeignet,
das Ausschaltvermögen sowohl bei einem symmetrischen als
auch bei einem unsymmetrischen Kurzschluß-Ausschaltstrom
(falls die Möglichkeit, das induktive Gleichstromglied
darin nachzubilden, schon bekannt gewesen wäre) insgesamt
so wirktlichkeitsgetreu zu prüfen, wie dies in einem
Hochstrom-Prüfkreis mit einem Wechselstromgenerator möglich
ist. Insbesondere ein nach Größe und zeitlichem Verlauf kor
rekt nachgebildetes Gleichstromglied würde die Schaltstrecke
des Prüflings durch den Lichtbogen stark vorbelasten, bevor
noch darin der sinusförmige Strom des Hochstromschwingkreises
zu fließen beginnt. Durch diese netzfremde Vorbeanspruchung
wäre der durch den Prüfling ausschaltbare Strom erheblich
kleiner als sein Ausschaltvermögen unter wirklichkeitsgetreuen
Prüfbedingungen.
Hinzu kommt, daß es unwirtschaftlich wäre, den Strom gleicher
Polarität so lange fließen zu lassen, wie nach dem Stand der
Technik angegeben. Wegen der Dämpfung müßte dann das Gleich
stromglied mit einem erheblich größeren Wert einsetzen als er
zur Nachbildung des unsymmetrischen Kurzschluß-Ausschaltstro
mes im Augenblick der Kontakttrennung benötigt wird, und der
Kondensator müßte auf einen entsprechend höheren Spannungs
wert aufgeladen werden.
Außerdem würde das Beherrschen der mit dem Quadrat des Stromes
ansteigenden Stromkräfte einen erheblichen konstruktiven
Aufwand erfordern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, in einer synthetischen Zwei-
Schwingkreis-Prüfschaltung im Hochstrom-Schwingkreis mit Hil
fe eines an sich bekannten zusätzlichen Stromkreises ein Gleich
stromglied bestimmter Größe und bestimmten zeitlichen Verlaufes
zu erzeugen. Dieser Stromkreis soll dem Hochstromschwing
kreis in einem solchen Zeitintervall zugeschaltet werden, daß
durch die Überlagerung mit dem sinusförmigen Strom des
Hochstromschwingkreises nicht nur eine netzgetreue Nachbil
dung des unsymmetrischen Kurzschlußstroms entsteht, sondern
dabei auch eine thermische und elektrodynamische Überbean
spruchung von Prüfstromkreis und darin zu prüfendem Schal
ter vermieden wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeich
nenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die
Merkmale der Unteransprüche definiert.
Die Erfindung bietet den Vorteil, synthetische Zwei-Schwing
kreis-Prüfschaltungen auch für die beweisende Prüfung des
Ausschaltvermögens von Leistungsschaltern bei auszuschalten
den unsymmetrischen Kurzschlußströmen verwenden zu können,
was besonders wirtschaftlich ist.
Dank der Erfindung lassen sich auch die Mittel zur Erzeugung,
Fortleitung und Zuschaltung des Gleichstromgliedes an den
Hochstromschwingkreis besonders wirtschaftlich bemessen.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen
erläutert.
In den folgenden Figuren ist dargestellt:
Fig. 1 Elektrischer Schaltplan der synthetischen Zwei-
Schwingkreis-Prüfschaltung mit einem zusätzlichen
Stromkreis zur gesteuerten Gleichstromglied-Überlagerung,
Fig. 2 Zeitlicher Verlauf von Strom und Spannung bei
Addition der Ströme im zu prüfenden Schalter,
Fig. 3 Zeitlicher Verlauf von Strom und Spannung bei
Subtraktion der Ströme im Hilfsschalter.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine
synthetische Zwei-Schwingkreis-Prüfschaltung, deren Hochspan
nungsschwingkreis 7 in Fig. 1 so zugeschaltet wird, daß sich
im Schalter 6 die Ströme addieren. Es liegt dann eine synthe
tische Prüfschaltung nach dem Prinzip der gesteuerten Strom
überlagerung vor, bei der Hochstrom- und Hochspannungs-Schwing
kreis 1, 7 bezüglich des Prüflings parallelgeschaltet sind.
Die Kapazität 2 mit eingezeichneter Anschlußklemme sei durch
ein nicht dargestelltes Ladegerät auf eine Spannung von etwa
500 V aufgeladen worden, unter der Berücksichtigung der Gegeben
heit, daß die Lichtbogenspannung des zu prüfenden Vakuumschal
ters mit diffusem Schaltlichtbogen etwa 50 V nicht übersteigt.
Außerdem liegt damit eine entsprechend bemessene Induktivität
3 in Reihe.
Nun wird durch das Steuergerät SG1 die Schaltstrecke 4 geschlos
sen. Der nachfolgende sinusförmige Strom i, Fig. 2, ist gleich dem zu
prüfenden Nenn-Kurzschlußausschaltstrom des Prüflings 6.
Hilfsschalter 5 und Prüfling 6 erhalten über das Steuergerät
SG3 das Ausschaltkommando zeitlich so, daß die Trennung ihrer
Kontakte im Bereich der abnehmenden ersten Sinus-Schwingung
des Stroms bei etwa 40% des Scheitelwertes erfolgt. Die Kapa
zität 15 steht aufgeladen bereit für die Zuschaltung an den
Hochstromschwingkreis. Der Wert des vorgeschalteten ohmschen
Widerstands 16 errecht sich bei vorgegebener Kondensatorspannung
aus der Bedingung, daß das Gleichstromglied entgegengesetzt
gleich dem Momentanwert des Schwingkreisstroms im Zeitpunkt
der Kontakttrennung sein soll. Mit dem so erhaltenen Wider
standswert ergibt sich der Kapazitätswert aus dem gewählten
Wert für die Zeitkonstante des Gleichstromglieds und der ein
fachen Beziehung zwischen ihr und dem Produkt aus Widerstand
und Kapazität. Das so bemessene Widerstands-Kapazitätsglied
15, 16 wird von der durch das Steuergerät SG2 im Zeitpunkt
der Kontakttrennung ausgelösten Schaltstrecke 14 zugeschaltet.
Wie der Stromverlauf in der Fig. 2 zeigt, bewirkt das Zuschal
ten des Gleichstromglieds ig eine sprunghafte Verlagerung des
sinusförmigen Stroms i im Hochstromschwingkreis 1; und zwar
setzt bei der Kontakttrennung des Prüflings 6 eine große asym
metrische Strom-Teilschwingung mit etwa 40% Gleichstromglied,
i6 = i + ig, ein. Dies entspricht einer minimalen Ausschalt
eigenzeit des Prüflings von 30 ms, die heute für den Betrieb
von Mittelspannungs-Vakuumschaltern schon genannt wird. Kurz vor
Nullwerden des asymmetrischen Ausschaltstroms läßt das von dem
Stromwandler 17 gespeiste Steuergerät SG4 die Schaltstrecke 10
im Hochspannungsschwingkreis 7 schließen; seine Kapazität 8
ist über die eingezeichnete Anschlußklemme bereits aufgeladen
worden und der einsetzende durch die Induktivität 9 mitbestimmte
Hochspannungsschwingstrom is überlagert sich dem asymmetri
schen Ausschaltstrom i6 in der Schaltstrecke des Prüflings 6.
Wie in der Fig. 2 ersichtlich, erreicht der asymmetrische
Strom die Nullinie noch vor dem überlagerten Schwingstrom. Zu
diesem Zeitpunkt wird im Hilfsschalter 5 der Strom i5 = i6
unterbrochen. Dadurch ist der Prüfling 6 vom Hochstromschwing
kreis getrennt. Seine weitere Prüfung spielt sich allein im
Hochspannungsschwingkreis 7 ab. Darin geht der Schwingstrom
is mit einer Steilheit gegen Null, die gleich groß ist wie die
Steilheit des asymmetrischen Stroms i6 in seinem Nulldurchgang.
Nach dem Nullwerden des Hochspannungsschwingstroms schwingt
im Hochspannungsschwingkreis die Spannung u auf die nicht mehr
dargestellte stationäre Spannung ein. In einem Hochspannungs
netz mit isoliertem Sternpunkt und für den erstlöschenden
Schalterpol ist dies der 1,5fache Wert der Leiter-Erd-Spannung.
Die Fig. 2 zeigt auch diese durch die Kapazität 11 und den ohmschen Wi
derstand 12 mitbeeinflußte Einschwingspannung bei gedehnter Zeitskala.
Hinzuzufügen ist noch, daß die Dämpfung der Ströme vernachlässigt werden konnte.
Anhand des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Funktion ei
ner synthetischen Zwei-Schwingkreis-Prüfschaltung erläutert,
deren optisch unveränderter Hochspannungsschwingkreis 7 bei
ebenfalls optisch unverändertem Hochstromschwingkreis 1 mit
einer solchen Polarität an die Klemmen des Schalters 6 geschal
tet wird, daß in seiner Schaltstrecke der Schwingstrom is sich
von dem gegen Null schwingenden Strom i6 subtrahiert.
Als zweite Variante zum ersten Ausführungsbeispiel wird das
Kondensator-Widerstandsglied 15, 16 durch die gesteuerte Schalt
strecke 14 dem Hochstromschwingkreis etwa gleichzeitig mit dem
Schließen der Schaltstrecke 4 zugeschaltet. Daher fließt, wie
in Fig. 3 dargestellt, von Beginn an ein asymmetrischer Strom
i + ig. Während seines Verlaufs öffnen sich die Kontakte der
Schalter 5, 6 ausgelöst vom Steuergerät SG3 wieder zu Beginn der
großen asymmetrischen Stromschwingung mit etwa 40% Gleichstrom
anteil.
Kurz vor dem Nullwerden des asymmetrischen Stroms wird der
Hochspannungsschwingkreis 7 von dem stromabhängigen Steuerge
rät SG4 durch Schließen der Schaltstrecke 10 an die Klemmen
des Schalters 6 geschaltet. Die Konsequenz aus der nun umgekehrten Polari
tät des Hochspannungs-Schwingkreises, nämlich die Subtraktion der Ströme
im Hilfsschalter 6, läßt sich anhand der Fig. 3 verfolgen: i6 = i5 - is.
Während der Überlagerungszeit fließt der Lichtbogenstrom i5 durch die
Schaltstrecke des Schalters 5, der Prüfling geworden ist, ungestört weiter.
Nachdem der Schalter 6 den Strom i6 unterbrochen hat, fließt im Prüfling nur
noch der Schwingstrom: i5 = is.
Dieser letzte Teil des Schwingstroms fließt in der Reihenschal
tung von Hochstrom- und Hochspannungs-Schwingkreis 1, 7. Die
Änderung seiner Amplitude und Frequenz ist jedoch wegen des
relativ sehr kleinen Schwingungswiderstands des Hochstrom
schwingkreises vernachlässigbar klein.
Nach dem Nullwerden des Schwingstroms im Prüfling schwingt
bei ausreichender dielektrischer Verfestigung seiner Schalt
strecke die Spannung u auf die nicht dargestellte stationäre
Spannung ein.
In beiden Ausführungsbeispielen sind Amplituden und Halbschwin
gungsdauer des Schwingstroms is mit jeweils etwa einem Drittel
der betriebsfrequenten Werte des Kurzschlußstroms zu Gunsten
einer guten Erkennbarkeit auch von Einzelheiten der Strom
überlagerung erheblich größer gewählt worden als es in der
Praxis dieses synthetischen Prüfverfahrens die Regel ist. Mit
den dort üblichen Schwingstromparametern von etwa einem Zehntel
der entsprechenden Parameter des betriebsfrequenten Kurzschluß
strom verbessert sich die Anpassung der asymmetrischen großen
Stromschwingung insbesondere mit Addition des Schwingstroms,
Fig. 2, an den natürlichen Verlauf des Kurzschlußstroms im Netz.
Dadurch, daß in beiden Ausführungsbeispielen mit dem gleichen
Überlagerungs-Schwingstrom gearbeitet worden ist, lassen sich
die Hüllkurven der Stromüberlagerung in den beiden synthetischen
Prüfschaltungen gut vergleichen: offensichtlich ergibt die syn
thetische Prüfschaltung mit Reihenschaltung ihrer Komponenten
kreise in der Spannungsprüfphase einem Stromverlauf, Fig. 3, der sich
dem Vorbildverlauf des Netzkurzschlußstroms prinzipiell und
deutlich besser anpaßt; diese Feststellung gilt auch für die
hier nicht dargestellte Stromüberlagerung bei symmetrischen
Ausschaltströmen.
Während der synthetischen Prüfung haben die Steuergeräte SG1
bis SG4 nach einem festgelegten Programm Auslöse-Signale an die
angeschlossenen Schaltstrecken 4, 10, 14 und Auslöser der Schal
ter 5, 6 durchzugeben. Dieses Programm ist in einem den Steuer
geräten SG vorgeschalteten Programmsteuergerät PSG gespeichert.
Es läuft mit dem Start der Prüfung ab. Zu diesem programmier
ten Ablauf gehört auch die Betätigung der nicht dargestellten
verschiedenen Trenn- und Erdungsschalter in der synthetischen
Prüfschaltung. Seiner Bedeutung entsprechend ist das Programm
steuergerät in den Schaltplan der Fig. 1 schematisch mitein
gezeichnet. Mit seiner Hilfe läßt sich die Prüfung einschließ
lich der nicht dargestellten Messung der Prüfgrößen, wie Ströme,
Spannungen und Schalterfunktionen einschließlich ihrer Auswer
tung automatisieren und gegebenenfalls zur Gewinnung statisti
scher Prüfunterlagen wiederholen.
Claims (8)
1. Synthetische Zwei-Schwingkreis-Prüfschaltung
mit
- a) einem Hochstromschwingkreis (1) zur Erzeugung großer sinusförmiger, im Bereich der Netzfrequenz schwingen der Ströme bei einer relativ niedrigen treibenden Span nung, bestehend aus einer aufladbaren Kapazität (2), ei ner Induktivität (3), einem relativ sehr kleinem ohmschen Widerstand, einer steuerbaren Schaltstrecke (4) sowie zwei Leistungsschaltern (5, 6), deren einer der zu prü fende und deren anderer der Hilfs-Schalter ist;
- b) einem Hochspannungsschwingkreis (7) zur Erzeugung rela tiv kleiner zu überlagernder sinusförmiger Ströme bei einer relativ hohen treibenden Spannung und Frequenz, be sehend aus einer aufladbaren Kapazität (8), einer Induk tivität (9) und einer steuerbaren Schaltstrecke (10) sowie aus dem Schalter (6);
- c) elektrischen Stromkreiselementen zur Beeinflussung der Einschwingspannung nach der Strom unterbrechung;
- d) Mittels zur Erzeugung eines Stromes (ig) und mit einer Schaltvorrichtung (14) für deren Zuschaltung an den Hoch stromschwingkreis zwischen dessen Außenklemmen und den Klemmen der darin befindlichen Leistungsschalter;
dadurch gekennzeichnet, daß
- e) die Zuschaltung der Mittel (13) zur Erzeugung des Überlage rungsstromes (ig) durch ein Programmsteuergerät (PSG) zeitlich so erfolgt, daß die steuerbare Zuschaltvorrichtung (14) spätestens in dem Zeitintervall geschlossen wird, das mit dem Schließen der steuerbaren Schaltvorrichtung (4) beginnt und mit der Trennung der Kontakte mindestens eines der Schalter (5, 6) endet, und daß
- f) der zu überlagernde Strom (ig) in seiner zeitlich veränderlichen Form wenigstens näherungsweise dem Gleichstromglied des unsymmetrischen Kurzschluß stromes in einem induktiven Wechselstromkreis gleicht.
2. Synthetische Prüfschaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Mittel (13) zur Erzeugung eines Stroms mit gleich
bleibender Polarität aus der Reihenschaltung
einer aufladbaren Kapazität (15), eines ohmschen Wider
stands (16) und einer Induktivität bestehen.
3. Synthetische Prüfschaltung nach Patentanspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
als aufladbare Kapazität (15) ein Elektrolytkonden
sator verwendet wird.
4. Synthetische Prüfschaltung nach Patentanspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
für die Erzeugung eines Stroms mit gleichbleibender
Polarität eine Wechselstrom-Energiequelle mit nachgeschal
tetem Gleichrichter verwendet wird.
5. Synthetische Prüfschaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß
dem Ausschaltstrom des Schalters (6), mit dem der Hoch
spannungsschwingkreis (7) abgeschlossen ist, der
Schwingstrom (is) so überlagert wird, daß sich in seiner Schalt
strecke die Ströme addieren und das Strom-Nullwerden im
Schalter (6) später erfolgt als im Schalter (5), wodurch
der Schalter (6) zum Prüfling und der Schalter (5) zum
Hilfsschalter wird.
6. Synthetische Prüfschaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß
dem Ausschaltstrom des Schalters (6), mit dem der Hoch
spannungsschwingkreis (7) abgeschlossen ist, der
Schwingstrom (is) so überlagert wird, daß sich in seiner Schalt
strecke die Ströme subtrahieren und das Strom-Nullwerden
im Schalter (6) früher erfolgt als im Schalter (5), wodurch
der Schalter (6) zum Hilfsschalter und der Schalter (5)
zum Prüfling wird.
7. Synthetische Prüfschaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Steilheit des überlagerten Schwingstroms (is) im
Bereich des Erreichens der Nullinie etwa gleich der Steil
heit des asymmetrischen Kurzschlußstroms (i + ig) im Bereich
des Nullwerdens im zu prüfenden Schalter ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863633804 DE3633804A1 (de) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | Synthetische zwei-schwingkreis-pruefschaltung mit nachbildung des gleichstromgliedes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863633804 DE3633804A1 (de) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | Synthetische zwei-schwingkreis-pruefschaltung mit nachbildung des gleichstromgliedes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3633804A1 DE3633804A1 (de) | 1987-02-05 |
DE3633804C2 true DE3633804C2 (de) | 1991-01-03 |
Family
ID=6311033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE3633804A1 (de) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
CN102486525B (zh) * | 2010-12-01 | 2015-11-25 | 中国电力科学研究院 | 一种高压直流输电换流阀断续直流电流运行试验方法 |
CN109855580B (zh) * | 2019-01-17 | 2020-12-29 | 北京地平线机器人技术研发有限公司 | 结构误差确定方法和装置 |
-
1986
- 1986-09-30 DE DE19863633804 patent/DE3633804A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3633804A1 (de) | 1987-02-05 |
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